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汽车定速巡航控制系统的基本控制设计

 发布时间:2012-05-20 10:11:25        查看次数:1514
摘 要:本文首先介绍了巡航控制系统的基本控制原理,对汽车巡航控制系统进行了简要的分析,提出模糊PID的控制方法。从硬件和软件两个方面阐述了汽车巡航控制装置的设计。在完成硬件电路和软件编程的基础上,在模拟实验平台上进行了装置的调试。结果表明,该装置能够实现简单的巡航控制命令,并且效果比较理想。
 
  关键词:巡航控制系统 模糊PID 单片机
 
  中图分类号:U469 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)09(a)-0004-01
 
  1研究的背景及意义
 
  如今,电子技术的发展与应用赋予了汽车更多的功能,许多新兴的技术应运而生。汽车定速巡航系统(缩写CCS)是一种减轻驾车者疲劳的装置。当汽车在长距离的高速公路行驶时,启动速度控制系统就可以自动将汽车速度控制在特定的速度上,免除驾车者长时间脚踏油门踏板之苦。另外还有节省燃料和减少排放的优点。定速巡航系统自20世纪60年代在美国应用以来,已广泛使用在汽车上,欧洲和日本多数中高档轿车都装有速度控制系统。目前国内尚无批量生产厂家,国内轿车配装的定速巡航器全部依赖进口,由于价格昂贵,只有少数高档轿车才配备有定速巡航系统。而随着我国汽车行业已经进入快速发展时期,定速巡航系统定将会在中低端汽车上得到广泛应用,这是一个充满潜力和机会的大市场。
 
  2系统工作原理和控制技术分析
 
  汽车巡航控制系统原理。它主要由控制器、节气门执行器、传感器和操纵开关等组成。控制器有两个输入信号,一个是驾驶员按要求设定的指令车速,直接由驾驶员设定,另一个是实际车速的反馈信号,有车速传感器检测后反馈给控制器,控制器检测这两个输入信号之间的偏差后,经过一定的控制计算,产生一个送至节气门执行器的控制信号,节气门执行器根据所接收到的节气门控制信号调节发动机节气门开度,从而使车速保持稳定。
 
  作为巡航控制系统的核心部件—— 控制器,它所采用的控制技术对控制结果的好坏是至关重要的。随着现代控制理论的发展,汽车巡航控制技术也在不断发展,如何采用合理的控制技术,是汽车工作者需要研究和解决的问题。目前用于汽车巡航控制的技术主要有PID控制、模糊控制、迭代学习控制、自适应控制等,它们都有各自的优缺点。
 
  目前在工业控制中,PID控制算法是一种被广泛应用的控制方法,PID控制具有结构简单、稳定性好、可靠性高等优点,在许多场合下都能取得令人满意的控制效果。但由于PID控制属于线性定常控制,因此采用传统的PID控制方法难以保证在复杂的运行工况下取得令人满意的控制效果。考虑到车速控制系统的实时性要求及控制算法的复杂性、控制参数的多少和参数调节的方便性等,汽车巡航控制系统采用基于模糊控制算法的PID控制。它无须精确确定控制对象的模型,只须将操作人员长期积累的经验知识用控制规则模型化,然后运用推理便可对PID参数实现最佳调整,自适应能力强而且可靠性高。
 
  3系统组成和硬件设计
 
  巡航控制系统由巡航控制开关、车速传感器、电控单元和执行器等组成,其工作流程如下。
 
  电控单元有两个输入信号:一个是驾驶员按要求的车速调定指令车速信号:另一个是实际车速反馈信号。系统分为内外两个控制环,分别以节气门开度和车速为反馈信号。
 
  4系统软件设计
 
  为了使系统能够快速高效稳定地运行,合理的程序结构、良好的开发环境和软件设计思想是非常重要的。在系统软件的开发过程中,软件设计要保证控制的快速实时性、结构的合理性,并具有发生故障后的快速解脱和排除故障的能力。
 
  本装置软件可分为底层驱动部分、定时器部分、车速采集和转化部分、车速跟踪与巡航状态处理部分和故障诊断功能部分。汽车巡航控制装置的软件整体结构图如图1所示。
 
  首先,对程序中所涉及到的各模块初始运行状态和相应的控制寄存器等进行初始化。然后,判断“恢复”键是否按下,如果按下则按照原先储存的目标车速巡航,如果没有按下“恢复”键则开始判断“设置”键是否按下。当“巡航”键按下,并且如果此时采样车速在40~180km/h范围内,则进入循环执行的主体部分。当没有“加速”或“减速”键按下时,将采样车速设定为目标车速;当有“加速”或“减速”信号输入时,则将修改后的车速设定为目标车速。
 
  在确定目标速度后,采用模糊PID方法控制实际车速,当有“取消”或制动信号输入时,则结束巡航控制程序,否则进行主体部分的循环。
 
  5结语
 
  本文基于目前国内对汽车巡航控制装置的研究现状和发展趋势,提出了基于模糊PID控制方法和STC89C52芯片的巡航控制装置的设计方案,并完成该系统的硬件的搭建和软件的开发。在搭建巡航控制系统的模拟实验平台上进行装置调试,调试结果表明装置能够实现简单的巡航控制命令。另外针对装置运行过程中可能出现的工况复杂、环境恶劣等特点,进行了软件和硬件的抗干扰设计。
 
  本文研究的汽车定速巡航系统装置与国外复杂的、成本高的巡航器相比具有开发成本低、适用性强、应用范围广的优势,更有利于在那些中低端的轿车上推广普及,具有很强的实际应用前景。
 
  参考文献
 
  [1] 赵杰红.汽车巡航控制[D].长春:吉林大 学,2000.
 
  [2] 麻友良.汽车电器与电子控制系统[M].北京:机械工业出版社,2008.
 
  [3] 亓庆刚.汽车巡航系统的模糊控制与应用[J].变频器与软启动器应用200例,2005.
 
  [4] 乔勇惠.光电传感器原理及应用[J].可编程控制器与工厂自动化,2008.

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